某大廈鋼結(jié)構(gòu)辦公樓的結(jié)構(gòu)設(shè)計案例目錄TOC\o"1-3"\h\u27170某大廈鋼結(jié)構(gòu)辦公樓的結(jié)構(gòu)設(shè)計案例 1275131課題來源 2301272計算過程 2290802.1結(jié)構(gòu)布置 2170732.1.1結(jié)構(gòu)計算簡圖的確定 2106542.1.2結(jié)構(gòu)平面布置 2112932.2荷載統(tǒng)計 3279002.2.2活荷載 4181002.2.3雪荷載 5174722.2.4風(fēng)荷載 5195692.2.5梁柱自重 637262.2.6墻體自重 7247292.2.7水平地震作用 8266262.3框架抗側(cè)移驗算 13176882.3.1風(fēng)荷載作用下的側(cè)移驗算 13204992.3.2水平地震作用下的側(cè)移驗算 141課題來源任務(wù)書2計算過程2.1結(jié)構(gòu)布置2.1.1結(jié)構(gòu)計算簡圖的確定基礎(chǔ)埋深取建筑高度的1/15，初估基礎(chǔ)厚度為0.8m，底層計算高度為，取為6.7m，故結(jié)構(gòu)計算簡圖如下：圖2-1結(jié)構(gòu)計算簡圖2.1.2結(jié)構(gòu)平面布置本設(shè)計采用鋼框架結(jié)構(gòu)體系，承重體系由縱橫雙向框架組成，結(jié)構(gòu)布置簡單對稱，具體布置參見附錄中的結(jié)構(gòu)布置圖。其中柱采用寬翼緣H型鋼，梁采用窄翼緣H型鋼，材質(zhì)均為Q235B級鋼。屋蓋和樓面板均選用壓型鋼板現(xiàn)澆混凝土組合樓板，樓梯為整體現(xiàn)澆板式樓梯。2.2荷載統(tǒng)計2.2.1永久荷載1.樓面恒載：花崗石樓面自重1.16kN/m2120厚壓型鋼板組合樓板（肋高70mm，混凝土厚50mm）2.225kN/m2輕鋼龍骨紙面石膏板吊頂0.14kN/m2合計：3.385kN/m22.屋面恒載：合成高分子卷材和涂膜防水屋面自重2.37kN/m2120厚壓型鋼板組合樓板2.225kN/m2輕鋼龍骨紙面石膏板吊頂0.14kN/m2合計：4.735kN/m23.衛(wèi)生間恒載：陶瓷地磚樓面自重2.26kN/m2120厚壓型鋼板組合樓板2.225kN/m2輕鋼龍骨紙面石膏板吊頂0.14kN/m2合計：4.625kN/m24.墻體恒載：（1）外墻：30厚面磚外墻面（包括抹灰）0.5kN/m2200厚ALC板20厚石灰砂漿內(nèi)側(cè)面層合計：2.24kN/m2（2）內(nèi)墻：150厚ALC板20厚石灰砂漿內(nèi)外側(cè)面層合計：1.73kN/m2（3）女兒墻：30厚面磚外墻面（包括抹灰）0.5kN/m2200厚ALC板20厚水泥砂漿內(nèi)側(cè)面層合計：2.30kN/m22.2.2活荷載參照《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB50009-2012），各活荷載標(biāo)準(zhǔn)值列于表2-1中。表2-1活荷載標(biāo)準(zhǔn)值位置活荷載（kN/m2）組合值系數(shù)φc頻遇值系數(shù)φt準(zhǔn)永久值系數(shù)φq辦公室樓面2.00.70.50.4會議室2.00.70.60.5電梯機(jī)房7.00.90.90.8衛(wèi)生間2.50.70.60.5走廊、門廳2.50.70.60.5樓梯3.50.70.50.3上人屋面2.00.70.50.4施工、檢修1.50.70.50.02.2.3雪荷載基本雪壓0.5kN/m2，本工程雪荷載較小，荷載組合時只考慮活荷載，不考慮雪荷載。2.2.4風(fēng)荷載本工程所在地區(qū)主導(dǎo)風(fēng)向為南北風(fēng)，基本風(fēng)壓為0.35kN/m2，工程所在地為市郊區(qū)。根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB50009-2012），風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)按下式計算：式中：—風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值（kN/m2）—高度z處的風(fēng)振系數(shù)，本建筑結(jié)構(gòu)層高度為3，可取—風(fēng)荷載體型系數(shù)，對于矩形建筑取—風(fēng)壓高度變化系數(shù)，查表采用線性內(nèi)插取值—基本風(fēng)壓，0.35kN/m2計算結(jié)果見表2-2。表2-2各樓層風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值樓層HimHi/HkN/m2kN/m2kN/mΔHmkN14.50.1411.01.31.000.350.4553.2764.9516.21628.40.2641.01.31.000.350.4553.2763.912.776312.30.3871.01.31.0640.350.4843.4863.913.594416.20.5091.01.31.1660.350.5313.8203.914.897520.10.6321.01.31.2520.350.5704.1023.915.9966240.7551.01.31.3170.350.5994.3143.916.827727.90.8771.01.31.3840.350.6304.5343.917.683831.81.0001.01.31.4450.350.6574.7343.918.4622.2.5梁柱自重1.框架梁尺寸初步估計：本設(shè)計主、次梁均選用窄翼緣H型鋼鋼梁?？v向框架主梁跨度均為7.2m、4.2m，按高跨比1/20～1/10，初選。7.2m跨度的橫向框架主梁同選。7.2m跨度的次梁及3.6m跨度的橫向框架主梁，初選。衛(wèi)生間隔墻梁跨度為4.2m，初選。2.框架柱尺寸初步估計：柱的尺寸初估采用假定柱子長細(xì)比的方法，先估算柱在豎向荷載作用下的軸力N，以1.2N作為設(shè)計軸力按軸心受壓構(gòu)件來確定框架柱的初始截面。再假定長細(xì)比，最后根據(jù)H型鋼組合截面的近似回轉(zhuǎn)半徑確定截面的尺寸。假設(shè)柱的豎向荷載為1500kN，因此軸力設(shè)計值取，取長細(xì)比，查表得其穩(wěn)定系數(shù)，而計算長度，故估計截面面積和回轉(zhuǎn)半徑為：，根據(jù)算出的數(shù)據(jù)查表，得框架柱初步估計截面為。各梁柱截面數(shù)據(jù)統(tǒng)計如表2-3所示。表2-3梁柱截面統(tǒng)計表構(gòu)件截面尺寸mm截面面積A/cm2重量kg?m-1慣性矩I/cm4IxIy主梁GL1117.7592.4647391975次梁、走道GL271.4156.1190231446衛(wèi)生間隔墻梁GL346.7836.76829507.2框架柱KZ1218.69171.76645522410因此，各層梁柱自重統(tǒng)計如表2-4所示。表2-4梁柱自重統(tǒng)計表樓層梁柱長度/m單位長度質(zhì)量/kg?m-1自重Gi/kN數(shù)量n合計G/kN首層GL14.292.43.8016854.967.292.46.5240GL23.656.11.98157.256.13.9612GL33.636.71.294KZ16.7171.711.27402～8層GL14.292.43.8016666.507.292.46.5240GL23.656.11.98157.256.13.9612GL33.636.71.294KZ13.9171.76.5640屋面局部突出部分GL14.292.43.804125.397.292.46.527GL27.256.13.961KZ13.6171.76.06102.2.6墻體自重本設(shè)計中，窗采用鋁合金窗，門采用防火門和卷簾門，為方便計算，統(tǒng)一作為墻體計算。墻體自重統(tǒng)計如表2-5所示。表2-5墻體自重統(tǒng)計表樓層構(gòu)件單位面積質(zhì)量kg?m-2面積m2自重Gi/kN合計kN首層內(nèi)墻1.73637.201102.362892.56外墻2.24799.201790.212～8層內(nèi)墻1.73669.601158.413021.19外墻2.24831.601862.78局部突出外墻2.24433.44970.91970.912.2.7水平地震作用本設(shè)計采用底部剪力法計算水平地震作用，同時采用頂點位移法近似計算其基本周期。因此首先應(yīng)求出各層重力荷載代表值，再以此計算得基本周期，最后計算得水平地震作用。1.各層重力荷載代表值根據(jù)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB50011—2010）中的相關(guān)規(guī)定，按下列公式計算：式中：Gk—自重標(biāo)準(zhǔn)值，即恒載標(biāo)準(zhǔn)值；Qk—活荷載標(biāo)準(zhǔn)值；—活荷載的組合值系數(shù)，按表2-6采用。表2-6組合值系數(shù)活荷載種類組合值系數(shù)雪荷載0.5屋面積灰荷載0.5屋面活荷載不計入按實際情況計算的樓面活荷載1.0按等效均布荷載計算的樓面活荷載藏書庫、檔案庫0.8其它民用建筑0.5詳細(xì)計算過程略，各層重力荷載代表值計算結(jié)果見表2-7。表2-7各層重力荷載代表值樓層荷載荷載大小/kN組合值系數(shù)重力荷載代表值/kN首層樓面恒載3367.091.09806.58樓面活載2100.240.5梁自重404.011.0柱自重582.201.0墻體自重4403.161.02～8層樓面恒載3367.091.08104.91樓面活載2100.240.5梁自重404.011.0柱自重262.491.0墻體自重3021.191.0屋頂屋面恒載4418.501.07267.92屋面活載993.600.5梁自重404.011.0柱自重161.541.0女兒墻自重151.201.0墻體自重1635.881.0局部突出屋面恒載531.841.0811.97雪荷載56.160.5梁自重64.811.0柱自重30.291.0墻體自重156.961.02.結(jié)構(gòu)基本自振周期的計算采用頂點位移法估算結(jié)構(gòu)的基本自振周期。因此，需要先計算梁柱的線剛度i，再計算得框架抗側(cè)剛度D，再通過D值估算框架側(cè)向位移，從而代入公式計算得到結(jié)構(gòu)的基本自振周期。計算線剛度時，梁的線剛度計算式為；柱的線剛度計算式為。而鋼材的彈性模量，底層柱的結(jié)構(gòu)高度，標(biāo)準(zhǔn)層的結(jié)構(gòu)高度，局部突出部分的結(jié)構(gòu)高度?？蚣芰褐€剛度見表2-8。表2-8框架梁柱線剛度構(gòu)件跨（高）/m慣性矩I/cm4線剛度i/kN?m相對線剛度主梁GL17.26473918522.550.53走道GL23.61902310885.380.31首層KZ16.76645520432.430.582-8層KZ13.96645535101.871.00局部突出KZ13.66645538027.031.08然后再按照以下公式計算框架抗側(cè)剛度D，計算結(jié)果見表2-9（注：為計算方便，梁柱線剛度以相對線剛度值參與計算）。式中：h—結(jié)構(gòu)層高；ic—框架柱的線剛度；—框架柱側(cè)向剛度降低系數(shù)，一般層，底層；K—梁柱線剛度之比，一般層，底層，其中為與該框架柱相連的框架梁的線剛度之和。表2-9框架抗側(cè)剛度D樓層柱位置KD首層邊柱0.530.580.910.48264311446中柱0.840.581.440.5630802-8層邊柱1.061.000.530.21578127915中柱1.681.000.840.308176局部突出邊柱1.061.080.490.20689613792在結(jié)構(gòu)各層上作用一個與該層重力荷載代表值等大小的水平荷載，再根據(jù)框架抗側(cè)剛度D值求出各層位移，再由各層位移用如下計算式進(jìn)行計算得到結(jié)構(gòu)的基本自振周期。式中：—周期折減系數(shù)，取0.7。計算見表2-10。表2-10結(jié)構(gòu)基本自振周期計算層數(shù)GiVi相對位移水平位移局部突出811.97811.9768958.150.0117751928079.89334974.890.0241211.16122878104.9116184.80334974.890.04831619124289.71334974.890.0725121.08879158104.9132394.62334974.890.0967081.01627948104.9140499.53334974.890.1209030.91957138104.9148604.44334974.890.1450990.79866828104.9156709.35334974.890.1692940.65356919806.5866515.93137351.650.4842750.484275由此計算得結(jié)構(gòu)基本自振周期：3.水平地震作用的計算：結(jié)構(gòu)高度不超過40m，且質(zhì)量和剛度沿高度分布均勻，框架結(jié)構(gòu)變形以剪切型為主，因此采用底部剪力法計算水平地震作用。結(jié)構(gòu)自振周期為，7度設(shè)防，Ⅱ類場地，第一組特征周期。鋼結(jié)構(gòu)阻尼比。按多遇地震、設(shè)計基本加速度0.15g考慮，則水平地震影響系數(shù)最大值。因為，所以應(yīng)用下列公式：其中：所以由于，頂部附加地震作用系數(shù)：頂部附加地震作用系數(shù)結(jié)構(gòu)總水平地震作用底部剪力標(biāo)準(zhǔn)值：頂部附加水平地震作用各層水平地震作用及剪力如表2-11所示。表2-11水平地震作用及地震剪力層數(shù)結(jié)構(gòu)高度HiGi/kNGiHi/kNFi/kNVi/kN局部突出37.6811.9730530.160.023286.64286.648347267.92247109.150.185228.81515.45730.18104.91243957.800.183225.89741.34626.28104.91212348.650.159196.62937.97522.38104.91180739.500.136167.361105.32418.48104.91149130.350.112138.091243.41314.58104.91117521.200.088108.821352.23210.68104.9185912.050.06479.551431.7816.79806.5865704.110.04960.841492.62抗震驗算：結(jié)構(gòu)各層水平地震剪力應(yīng)符合下列要求，，其中驗算過程詳見表2-12。表2-11水平地震作用及地震剪力層數(shù)Gi/kNVi/kN局部突出811.97811.9712.99286.6487267.928079.89129.28515.4578104.9116184.80258.96741.3468104.9124289.71388.64937.9758104.9132394.62518.311105.3248104.9140499.53647.991243.4138104.9148604.44777.671352.2328104.9156709.35907.351431.7819806.5866515.931064.251492.62由表可知，結(jié)構(gòu)各層水平地震剪力標(biāo)準(zhǔn)值滿足要求。2.3框架抗側(cè)移驗算取結(jié)構(gòu)的一榀框架進(jìn)行側(cè)移驗算，結(jié)構(gòu)計算簡圖如圖2-1所示?？蚣芰褐€剛度及框架抗側(cè)剛度詳見表2-8、表2-9。2.3.1風(fēng)荷載作用下的側(cè)移